CN107356294A - 一种远程自来水表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种远程自来水表，属水仪表技术领域。隔板将表壳分隔成上下腔，隔板上装有镍基板传感器；下腔的侧壁上设有进出口，下腔的侧壁端部装有端盖，端盖与下腔的侧壁间设有密封垫；端盖中心处设有阶梯轴，阶梯轴上装有叶轮，轮缘上装有磁块和磁环，磁环上表面为凸轮曲面；上腔壁上装有压盖，压盖依次将显示屏、隔环及电路板压接在上腔壁的凸台一上，显示屏上镶嵌有光伏电池；上腔壁的凸台二上装有自由端带定磁铁的换能器，换能器安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，定磁铁与磁环同性磁极相对安装；电路板上设有能量转换、存储及发射单元，存储元件为超级电容；磁块转动靠近传感器时，传感器所生成的脉冲电压信号数量表征用水量。

Description

一种远程自来水表
技术领域
本发明属于水仪表及供水设备领域，具体涉及一种远程自来水表。
背景技术
自来水是居民日常生活不可或缺的消费品，其消耗量记录与统计目前还主要由人工来完成。人工抄表不仅效率低、浪费人力物力，更主要的是抄表员往往会因住户家中无人徒劳往返多次，严重地影响了数据统计的准确性及实时性，因此人们开始研制自来水和煤气远程自动抄表系统。虽然现有抄表系统数据处理及传输技术已很成熟，但目前尚无实际推广应用的报道，原因之一是其供电问题未能很好地解决：新老住宅都未为自动抄表系统预铺设电缆，如铺设临时明线则存在安全隐患、采用电池供电则需经常更换，上述两种方法都难为用户所接受，故开发一种可以实现电能自给的自来水表势在必行。
发明内容
本发明提出一种远程自来水表，本发明采用的实施方案是：隔板将表壳分隔成上下腔，隔板上经螺钉安装有传感器，传感器由圆形的镍基板与PZT晶片粘接而成且PZT晶片靠近上腔；下腔的侧壁上设有进出口，进出口中心同轴，下腔的侧壁端部经螺钉安装有端盖，端盖与下腔的侧壁之间设有密封垫；端盖的中心处设有阶梯轴，阶梯轴上经上下两个轴承安装有叶轮，处于上方的轴承的外圈顶靠在叶轮的轮缘上、内圈顶靠在隔板的凸台上，轮缘上经螺钉安装有磁块和磁环，磁环的上表面为凸轮曲面，磁环与阶梯轴同心；上腔壁上经螺纹安装有压盖，压盖为环形结构，压盖依次将显示屏、隔环及电路板压接在上腔壁的凸台一上，显示屏上镶嵌有光伏电池；上腔壁的凸台二上经螺钉及压环安装有换能器，换能器自由端经螺钉安装有定磁铁，定磁铁与磁环的同性磁极相对安装；换能器由基板和PZT膜粘接而成，基板靠近隔板安装；换能器及传感器经不同的导线组与电路板相连，电路板上设有能量转换单元、存储单元及发射单元，存储元件为超级电容；电路板经不同导线组与显示屏及光伏电池相连。
本发明中，换能器安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，且：定磁铁与磁环之间静排斥力最小时PZT膜上的最大压应力为其许用值的一半、换能器自由端的变形量小于其许用值的一半，定磁铁与磁环之间静排斥力最大时PZT膜上的最大压应力小于其许用值、换能器自由端的变形量小于其许用值；换能器的自由端变形量的许用值为其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm和H分别为基板厚度和换能器总厚度，Em和Ep分别为基板和PZT膜的杨氏模量，k31和分别为PZT材料的机电耦合系数和许用应力，L为换能器长度；本发明中，动磁铁与隔板接触时PZT膜上的最大拉应力小于其许用值，动磁铁与电路板接触时PZT膜上的最大压应力小于其许用值。
本发明中，光伏电池将光能转换成电能存在电路板上的超级电容中，为低功率数据显示系统提供能量；有自来水流过水表时，自来水经入口流入下腔、再经出口流出，水流驱动叶片带动磁环转动，从而改变磁环上表面与定磁铁间的距离及相互作用力；叶轮连续转动时定磁铁上下往复运动并带动换能器往复弯曲变形，PZT膜所受应力大小交替变化的过程中即将机械能转换成电能，所生成的电能经转换处理后存储在电路板上的超级电容中，用于大功率信息发射；磁块转动靠近传感器时，传感器中的镍基板被磁化并与磁块相互吸引，从而使传感器产生弯曲变形及脉冲电压信号，该脉冲电压信号的数量即用来表征叶轮的转速及自来水用量；当自来水用量达到某个设定值时发射系统向外发射用水量数据，或发射系统在每月的固定日期向外发射用水量数据。
本发明的特色是：①能量自给，安装使用方便；②换能器经装配预弯，工作中PZT膜仅受压应力，工艺简单、成本低、可靠性高；③叶轮与电控单元各置一腔且经非接触激励，无需密封、无冲击及噪音。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中水表的结构原理简图；
图2本发明一个较佳实施例中表壳的结构示意图；
图3是图1的A-A视图；
图4是本发明一个较佳实施例中叶轮的结构示意图；
图5是图4的俯视图；
图6是本发明一个较佳实施例中磁环的结构示意图；
图7是图6所示磁环的展开图。
具体实施方式
表壳a的隔板a1将表壳a分隔成下腔C1和上腔C2，隔板a1上经螺钉安装有传感器b，传感器b由圆形的镍基板与PZT晶片粘接而成且PZT晶片靠近上腔C2；下腔C1的侧壁上设有进口a2和出口a3，进口a2和出口a3的中心同轴，下腔C1的侧壁的端部经螺钉安装有端盖c，端盖c与下腔C1的侧壁之间设有密封垫d；端盖c的中心处设有阶梯轴c1，阶梯轴c1上经上下两个轴承e安装有叶轮f，处于上方的轴承e的外圈顶靠在叶轮f的轮缘f1上、内圈顶靠在隔板a1的凸台a4上，轮缘f1上经螺钉安装有磁块g和磁环h，磁环h的上表面h1为凸轮曲面，磁环h与阶梯轴c1同心；上腔壁a5上经螺纹安装有压盖i，压盖i为环形结构，压盖i依次将显示屏j、隔环k及电路板m压接在上腔壁a5的凸台一a6上，显示屏j上镶嵌有光伏电池n；上腔壁a5的凸台二a7上经螺钉及压环o安装有换能器p，换能器p的自由端经螺钉安装有定磁铁q，定磁铁q与磁环h的同性磁极相对安装；换能器p由基板p1和PZT膜p2粘接而成，基板p1靠近隔板a1安装；换能器p及传感器b经不同的导线组与电路板m相连，电路板m上设有能量转换单元、存储单元及发射单元，存储元件为超级电容；电路板m经不同导线组与显示屏j及光伏电池n相连。
本发明中，换能器p安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，且：定磁铁q与磁环h之间静排斥力最小时PZT膜p2上的最大压应力为其许用值的一半、换能器p的自由端的变形量小于其许用值的一半，定磁铁q与磁环h之间静排斥力最大时PZT膜p2上的最大压应力小于其许用值、换能器p的自由端的变形量小于其许用值；换能器p的自由端变形量的许用值为其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm和H分别为基板p1厚度和换能器p的总厚度，Em和Ep分别为基板p1和PZT膜p2的杨氏模量，k31和分别为PZT材料的机电耦合系数和许用应力，L为换能器p的长度；本发明中，动磁铁q与隔板a1接触时PZT膜p2上的最大拉应力小于其许用值，动磁铁q与电路板m相接触时PZT膜p2上的最大压应力小于其许用值。
本发明中，光伏电池n将光能转换成电能存在电路板m上的超级电容中，为低功率数据显示系统提供能量；有自来水流过水表时，自来水经入口a2流入下腔C1、再经出口a3流出，水流驱动叶片f2带动磁环h转动，从而改变磁环h上表面h1与定磁铁q间的距离及相互作用力；叶轮f连续转动时定磁铁q上下往复运动并带动换能器p往复弯曲变形，PZT膜p2所受应力大小交替变化的过程中即将机械能转换成电能，所生成的电能经转换处理后存储在电路板m上的超级电容中，用于大功率信息发射；磁块g转动靠近传感器b时，传感器b中的镍基板被磁化并与磁块g相互吸引，从而使传感器b产生弯曲变形及脉冲电压信号，该脉冲电压信号的数量即用来表征叶轮f的转速及自来水用量；当自来水用量达到某个设定值时发射系统向外发射用水量数据，或发射系统在每月的固定日期向外发射用水量数据。

Claims (1)

1.一种远程自来水表，其特征在于：隔板将表壳分隔成上下腔，隔板上装有传感器，传感器由圆形的镍基板与PZT晶片粘接而成且PZT晶片靠近上腔；下腔的侧壁上设有进出口，进出口中心同轴，下腔的侧壁端部装有端盖，端盖与下腔的侧壁之间设有密封垫；端盖的中心处设有阶梯轴，阶梯轴上经轴承安装有叶轮，轴承外圈顶靠在叶轮的轮缘上、内圈顶靠在隔板的凸台上，轮缘上装有磁块和磁环，磁环上表面为凸轮曲面，磁环与阶梯轴同心；上腔壁上装有压盖，压盖依次将显示屏、隔环及电路板压接在上腔壁的凸台一上，显示屏上镶嵌有光伏电池；上腔壁的凸台二上装有换能器，换能器自由端装有定磁铁，定磁铁与磁环的同性磁极相对安装；换能器由基板和PZT膜粘接而成，基板靠近隔板安装；换能器安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，且定磁铁与磁环之间静排斥力最小时PZT膜上的最大压应力为其许用值的一半，动磁铁与隔板接触时PZT膜上的最大拉应力小于其许用值，动磁铁与电路板接触时PZT膜上的最大压应力小于其许用值；电路板上设有能量转换单元、存储单元及发射单元，存储元件为超级电容；磁块转动靠近传感器时，传感器所生成的脉冲电压信号数量表征用水量。
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